技术领域本发明涉及一种列车轮对在线监测系统误差溯源校正方法，属于计量检测溯源技术工程应用领域。。
背景技术：
中国发明专利CN200510035961.7公开了一种列车轮对在线监测系统，其现已广泛应用于铁路货车、客车、高铁、城市轨道列车轮对尺寸的在线测量。轮对尺寸的精准度影响轮轨关系，轮轨关系的科学合理配合关系到列车的安全平稳运行。随着列车的运行，轮对会逐渐磨耗变形，因此需及时测量轮对尺寸的变化，在轮对尺寸超限之前镟修或换轮，保证列车维持安全的轮对运用尺寸及轮轨关系。列车轮对在线监测系统利用激光位置传感器、激光位移传感器和电涡流位移传感器测得轮对几何外形，通过计算得出车轮直径、轮缘高度、轮缘厚度、QR值和内侧距，由于轮缘厚度、QR值测量准确度直接与直径相关，又由于直径误差限限定测量相对误差在万分之几，本发明主要是针对车轮直径的误差分析模型与校正方法，其中车轮直径测量误差根据应用要求分别为±0.5mm、±1mm。由于列车轮对在线监测系统工作在复杂的工况下，系统的测量精度受传感器安装工艺、转向架形态变化、轮对踏面非规则磨损、钢轨动态沉降、钢轨变形等因素影响。分析影响系统测量精度的影响因素及其校正方法成为提升系统性能迫切要求。如图1所示，上述列车轮对在线监测系统的车轮滚动圆直径测量原理如下：在钢轨内侧安装了8只激光位置传感器，光线与水平形成一定角度，分别扫描出轮辋内侧面，在速度已知的条件下，可得到弦长，而两激光束相对于轨面高度是确定的，通过几何运算可得轮对直径。定义1：如列车编组(03A-03B-03C)-(04C-04B-04A)，03单元为奇数单元，04单元为偶数单元。站在列车上，面向奇数单元，背向偶数单元时，左手侧为列车左侧，右手侧为列车右侧。定义2：站在轨道中间，面向列车速度方向，左手侧系统为左侧系统，右手侧系统为右侧系统。列车正向运行时，左侧车轮由左侧系统测量，右侧车轮由右侧系统测量；列车反向运行时，左侧车轮由右侧系统测量，右侧车轮由左侧系统测量。图2为钢轨变形沉降影响下的车轮测量尺寸关系示意图，图中线段的定义如下：虚线PGQ为静态水平轨面；PSQ为车轮经过时的实际变形轨面。OS—车轮半径(滚动圆半径)r，车轮直径D＝2*r；OC、OA、OT—车轮顶点圆半径R；ST—轮缘高度H；EF—弦距h；AF—低点弦长L1；CE—高点弦长L2；GF—低点弦高H1；GE—高点弦高H2；OF—低点弦心距D1；OE—高点弦心距D2；GS—钢轨动态沉降IF；由涡流传感器测量。其参数关系如下：H1=R-H-IF-R2-(L12)2[1]H2=R-H-IF-R2-(L22)2[2]h=H2-H1=R2-(L12)2-R2-(L22)2[3]]]>D2=(L22)2-(L12)2-(H2-H1)22(H2-H1)[4]R=(L22)2+((L22)2-(L12)2-(H2-H1)22(H2-H1))2[5]]]>L1、L2由激光位置传感器测得。实际上，H1、H2是在动态变化的，而在系统计算中，H1、H2为标定数据，是个固定值，令H1＝H10,H2＝H20，即H1的标定值为H10，H2的标定值为H20，高低弦距h＝H20-H10，故系统测量值如下：D2=(L22)2-(L12)2-(H20-H10)22(H20-H10)=(L22)2-(L12)2-h22h[6]R=(L22)2+((L22)2-(L12)2-(H20-H10)22(H20-H10))2=(L22)2+((L22)2-(L12)2-h22h)2[7]]]>轮缘高度H＝R-D2-H2O-IF[8]车轮直径D＝2*(R-H)[9]从测量原理可以看出，顶点圆半径R的测量结果只与L1、L2、h＝H10-H20有关，车轮直径的误差产生的原因则多了轮缘高度H。列车轮对在线监测系统现有的误差模型如下：1.现有误差模型参数的确定依据：(1)校准周期内现场测量传感器设定参数的变化误差可以忽略。(2)系统设定参数由人工现场静态标定确定。(3)根据维修(机器镟修精度0.2mm)统计数据对测量结果分别求得轮径、轮缘高度和顶点圆半径的修正值。(4)校准周期为三个月。2.现有误差修正模型的计算过程：(1)顶点圆半径由公式[7]计算所得，其中L1、L2为弦长测量值，H10、H20分别为静态设定的低、高弦距水平轨面的高度；(2)轮缘高度H＝R-D2-H20-IF；(3)轮径D＝2*(R-H)；(4)误差修正Rx＝R-dR，Hx＝H-dH，Dx＝D-dD，其中：dR、dH、dD分别为顶点圆半径R、轮缘高度H、轮径D修正值。3.上述列车轮对在线监测系统现有的误差模型存在以下问题：(1)列车相同轮对正反向运行数据不吻合。如图3，纵坐标为直径数据，随着正反向运行方式变化有2mm的上下波动，“*”表示列车正向运行时测得的直径值，“o”表示列车反向运行时测得的直径值。(2)校准周期内测量数据不稳定，表现为随着时间系统误差增大和随机误差增大的趋势。图4中横坐标为对应测量的时刻，纵坐标为轮径的测量值。数据总时间间隔约为2个月，每天大约纪录十次的列车运行测量数据。①图4的轮径数据随着时间推移变化是磨耗与系统误差的共同作用，因为轮径两个月的磨耗大约是1.4mm,而曲线的终点却变化了-1.5～-2.0mm(如图4中063AL4车轮变化了约-1.8mm)。(3)修正后，有些车轮测量值总体偏差稳定一个值。如图4中063AL4在2015年3月1日实际直径为702.3mm，3月1日之后的系统数据总比实际小，平均偏差约0.4mm。(4)现场人工校准耗费大量的成本。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：提供一种列车轮对在线监测系统误差溯源校正方法，从根本上改变了现有方法人工静态标定、输出结果校准的误差修正模式。解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种列车轮对在线监测系统误差溯源校正方法，所述列车轮对在线监测系统预设有左侧低点弦高预设值H1Z、左侧高点弦高预设值H2Z、左侧弦距预设hZ＝H2Z-H1Z、右侧低点弦高预设值H1Y、右侧高点弦高预设值H2Y和右侧弦距预设值hY＝H2Y-H1Y，并能通过在运行中的列车车轮轮辋内侧面上投射两个位于高位置水平线上的激光点和两个位于低位置水平线上的激光点实时在线测得所述列车车轮的低点弦长L1和高点弦长L2，通过设置于钢轨下方的涡流传感器测得钢轨动态沉降F，并且，所述列车轮对在线监测系统依据下述公式一至公式四计算出所述列车车轮的轮缘高度H和直径D，其中，左侧弦距预设hZ和右侧弦距预设值hY均为正数，当所述列车车轮为左侧车轮时，下述公式一至公式四中的低点弦高H1、高点弦高H2和弦距h分别取值为所述左侧低点弦高预设值H1Z、左侧高点弦高预设值H2Z和左侧弦距预设hZ，当所述列车车轮为右侧车轮时，下述公式一至公式四中的低点弦高H1、高点弦高H2和弦距h分别取值为所述右侧低点弦高预设值H1Y、右侧高点弦高预设值H2Y和右侧弦距预设值hY，所述低点弦高H1为所述列车轨道处于静态时的轨面与低位置水平线之间的距离，所述高点弦高H2为所述列车轨道处于静态时的轨面与高位置水平线之间的距离，所述低点弦长L1为低位置水平线在所述列车车轮轮辋内侧面上所形成弦的弦长半长，所述高点弦长L2为高位置水平线在所述列车车轮轮辋内侧面上所形成弦的弦长半长，所述钢轨动态沉降F为列车轮对在线监测系统对所述列车车轮进行测量时所述列车轨道受列车车轮下压作用力而产生变形的最大变形幅度，H＝R-D2-H2-F[公式三]D＝2*(R-H)[公式四]式中，D2为所述列车车轮的高点弦心距，R为所述列车车轮的车轮顶点圆半径，H为所述列车车轮的轮缘高度，D为所述列车车轮的直径；其特征在于：所述的误差溯源校正方法包括：步骤一、首先在所述列车轮对在线监测系统所应用的列车中选取至少两列列车，并在选出的每一列列车中均选取一节车厢的轮对作为样板轮对，再用测量仪器测量每一个所述样板轮对的直径与轮缘高度，并且，在完成该测量步骤的15天之内进入步骤二，其中，所述样板轮对的总数量为N，N为大于1的正整数，用测量仪器测量N个样板轮对得到的参数记录如下：第i对样板轮对的左侧车轮直径和右侧车轮直径分别记录为DZQi和DYQi、左侧车轮轮缘高度和右侧车轮轮缘高度分别记录为HZQi和HYQi，1≤i≤N且i为正整数；步骤二、用所述列车轮对在线监测系统测量列车在正向运行和反向运行时每一个所述样板轮对的直径、轮缘高度、低点弦长、高点弦长和钢轨动态沉降并进入步骤三，其中，用所述列车轮对在线监测系统在列车正向运行时测量N个样板轮对得到的参数记录如下：第i对样板轮对的左侧车轮直径和右侧车轮直径分别记录为DZXi和DYXi、左侧车轮轮缘高度和右侧车轮轮缘高度分别记录为HZXi和HYXi、左侧车轮低点弦长和右侧车轮低点弦长分别记录为L1Zi和L1Yi、左侧车轮高点弦长和右侧车轮高点弦长分别记录为L2Zi和L2Yi、左侧车轮钢轨动态沉降和右侧车轮钢轨动态沉降分别记录为FZi和FYi；用所述列车轮对在线监测系统在列车反向运行时测量N个样板轮对得到的参数记录如下：第i对样板轮对的左侧车轮直径和右侧车轮直径分别记录为DZX′i和DYX′i、左侧车轮轮缘高度和右侧车轮轮缘高度分别记录为HZX′i和HYX′i、左侧车轮低点弦长和右侧车轮低点弦长分别记录为L1Z′i、和L1Y′i、左侧车轮高点弦长和右侧车轮高点弦长分别记录为L2Z′i和L2Y′i、左侧车轮钢轨动态沉降和右侧车轮钢轨动态沉降分别记录为FZ′i和FY′i；步骤三、计算误差σ1=Σi=1N(DZXi-DZQi)2+Σi=1N(DYXi-DYQi)22N]]>和σ2=Σi=1N(DZX,i-DZQi)2+Σi=1N(DYX,i-DYQi)22N,]]>如果σ1和σ2中至少有一个的计算结果在0.2mm以上，则判断所述列车轮对在线监测系统需要进行校正，进入步骤四；如果σ1和σ2均小于0.2mm，则判断所述列车轮对在线监测系统无需进行校正，间隔15天再次进入所述步骤二；步骤四、按照以下公式五至公式十二分别计算：在列车正向运行时和列车反向运行时，每一对所述样板轮对的左侧车轮低点弦高、左侧车轮高点弦高、右侧车轮低点弦高和右侧车轮高点弦高，并在计算完成后进入步骤五；式中，H1Zi和H1Yi分别为在列车正向运行时所述第i对样板轮对的左侧车轮低点弦高和右侧车轮低点弦高，H1Z′i和H1Y′i分别为在列车反向运行时所述第i对样板轮对的左侧车轮低点弦高和右侧车轮低点弦高；步骤五、按照以下公式十三至公式十八分别计算左侧低点弦高校正值左侧高点弦高校正值左侧弦距校正值右侧低点弦高校正值右侧高点弦高校正值和右侧弦距校正值并将所述列车轮对在线监测系统预设的左侧低点弦高预设值H1Z、左侧高点弦高预设值H2Z、左侧弦距预设hZ＝H2Z-H1Z、右侧低点弦高预设值H1Y、右侧高点弦高预设值H2Y和右侧弦距预设值hY的取值分别修改为对应的校正值，完成对所述列车轮对在线监测系统的误差溯源校正，并再次进入所述步骤一；H1Z‾=Σi=1NH1Zi+Σi=1NH1Y′i2N]]>[公式十三]H2Z‾=Σi=1NH2Zi+Σi=1NH2Y′i2N]]>[公式十四]hZ‾=H2Z‾-H1Z‾]]>[公式十五]H1Y‾=Σi=1NH1Yi+Σi=1NH1Z′i2N]]>[公式十六]H2Y‾=Σi=1NH2Yi+Σi=1NH2Z′i2N]]>[公式十七]hY‾=H2Y‾-H1Y‾]]>[公式十八]。优选的，所述的误差溯源校正方法还包括：步骤六、建立镟修及参数数据档案，将每一次启动所述步骤一时，所述步骤一至五获得的数据均保存在该镟修及参数数据档案中。优选的，所述测量仪器的测量精度在0.2mm以上、分辩率在0.02mm以上。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：第一，本发明的误差溯源校正方法，在系统的关键设定参数上修正，而不是输出结果和多参数的修正，大大提高了在线系统的工程实用性，简化了各种输出的修正计算。因为轮对在线系统为完成所有测量任务共设置了十八个测量传感器，其设定参数误差是多维度且存在互为影响，多年来，溯源校正一直是轮对在线系统误差修正禁区。首先通过步骤一用测量仪器测量样板轮对的直径与轮缘高度作为标准数据，并通过步骤二用列车轮对在线监测系统测量样板轮对的直径、轮缘高度、低点弦长、高点弦长和钢轨动态沉降；然后，基于步骤一和二测量到的数据并通过步骤三来判定列车轮对在线监测系统是否需要进行校正；最后，在步骤三判断无需进行校正时，每隔15天重复步骤二和三，以持续监控列车轮对在线监测系统的误差是否仍然满足应用要求，而在步骤三判断需要进行校正时，则通过步骤四和五来对列车轮对在线监测系统的左侧低点弦高预设值H1Z、左侧高点弦高预设值H2Z、左侧弦距预设hZ、右侧低点弦高预设值H1Y、右侧高点弦高预设值H2Y和右侧弦距预设值hY进行校正修改，并重新进入步骤一来更新用于本校正方法的标准数据，从而实现了对列车轮对在线监测系统的校正。第二，由于本发明抓住了轮对在线测量直径、轮缘高度、轮缘厚度、QR值和内侧距五大测量任务的测量直径难点，并根据等效性原理，通过步骤四中的公式五至十二将高、低弦长误差对测量的影响合并至两条弦高的误差，通过步骤五中公式十五和十八将误差等效地归为弦距变化单因素，因此，本发明的误差溯源校正方法能够减少影响列车轮对在线监测系统测量精度的因素，从而改善对列车轮对在线监测系统的校正效果；并且，本发明同时利用列车正反方向运行时的数据进行校正，解决了列车正反向运行存在轮对尺寸测量误差的问题；因此，本发明具有校正精度高的优点。第三，由于本发明通过对列车轮对在线监测系统的预设参数(即：左侧低点弦高预设值H1Z、左侧高点弦高预设值H2Z、左侧弦距预设hZ、右侧低点弦高预设值H1Y、右侧高点弦高预设值H2Y和右侧弦距预设值hY)进行校正，每次对预设参数进行校正时都是基于上一次校正时所得到的校正值进行步骤三和四的计算的，从而实现了以周期性量值传递的方式将步骤一的测量仪器的准确度传递给列车轮对在线监测系统，使得每一次得到的校正值均适配于列车轮对在线监测系统当时的系统状况，因此，本发明能够大大延长列车轮对在线监测系统的校正周期即进行步骤一的间隔时间，节省了校正的现场作业成本。第四，本发明可以远程对设定参数进行校正。综上所述，本发明能够实现对列车轮对在线监测系统的校正，具有校正精度高、校正周期长、可以远程校正的优点。附图说明下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：图1为列车轮对在线监测系统测量车轮尺寸的原理示意图；图2为车轮尺寸测量几何参数关系示意图；图3为轮径数据随着时间推移变化数据图之一；图4为轮径数据随着时间推移变化数据图之二。具体实施方式本发明的列车轮对在线监测系统误差溯源校正方法适用于中国发明专利CN200510035961.7所公开的列车轮对在线监测系统，参见图1和图2，该列车轮对在线监测系统预设有左侧低点弦高预设值H1Z、左侧高点弦高预设值H2Z、左侧弦距预设hZ＝H2Z-H1Z、右侧低点弦高预设值H1Y、右侧高点弦高预设值H2Y和右侧弦距预设值hY＝H2Y-H1Y，并能通过在运行中的列车车轮1轮辋内侧面上投射两个位于高位置水平线上的点激光束和两个位于低位置水平线上的点激光束实时在线测得列车车轮1的低点弦长L1和高点弦长L2，通过设置于钢轨下方的涡流传感器测得钢轨动态沉降F，并且，列车轮对在线监测系统依据下述公式一至公式四计算出列车车轮1的轮缘高度H和直径D，其中，左侧弦距预设hZ和右侧弦距预设值hY均为正数，当列车车轮1为左侧车轮时，下述公式一至公式四中的低点弦高H1、高点弦高H2和弦距h分别取值为左侧低点弦高预设值H1Z、左侧高点弦高预设值H2Z和左侧弦距预设hZ，当列车车轮1为右侧车轮时，下述公式一至公式四中的低点弦高H1、高点弦高H2和弦距h分别取值为右侧低点弦高预设值H1Y、右侧高点弦高预设值H2Y和右侧弦距预设值hY，低点弦高H1为列车轨道3处于静态时的轨面PGQ与低位置水平线之间的距离即图2中线段GF的长度，高点弦高H2为列车轨道3处于静态时的轨面PGQ与高位置水平线之间的距离即图2中线段GE的长度，低点弦长L1为低位置水平线在列车车轮1轮辋内侧面上所形成弦AB的弦长半长即图2中线段AF的长度，高点弦长L2为高位置水平线在列车车轮1轮辋内侧面上所形成弦CD的弦长半长即图2中线段CE的长度，钢轨动态沉降F为列车轮对在线监测系统对列车车轮1进行测量时列车轨道3受列车车轮1下压作用力而产生变形的最大变形幅度即图2中线段GS的长度，H＝R-D2-H2-F[公式三]D＝2*(R-H)[公式四]式中，D2为列车车轮1的高点弦心距即图中线段OE的长度，R为列车车轮1的车轮顶点圆半径即图中线段OC的长度，H为列车车轮1的轮缘高度即图中线段ST的长度，D为列车车轮1的直径。本发明的列车轮对在线监测系统误差溯源校正方法包括：步骤一、首先在列车轮对在线监测系统所应用的列车中选取至少两列列车，并在选出的每一列列车中均选取一节车厢的轮对作为样板轮对，再用测量仪器测量每一个样板轮对的直径与轮缘高度，并且，在完成该测量步骤的15天之内进入步骤二，其中，测量仪器的测量精度在0.2mm以上、分辩率在0.02mm以上，样板轮对的总数量为N，N为大于1的正整数，用测量仪器测量N个样板轮对得到的参数记录如下：第i对样板轮对的左侧车轮直径和右侧车轮直径分别记录为DZQi和DYQi、左侧车轮轮缘高度和右侧车轮轮缘高度分别记录为HZQi和HYQi，1≤i≤N且i为正整数；步骤二、用列车轮对在线监测系统测量列车在正向运行和反向运行时每一个样板轮对的直径、轮缘高度、低点弦长、高点弦长和钢轨动态沉降并进入步骤三，其中，用列车轮对在线监测系统在列车正向运行时测量N个样板轮对得到的参数记录如下：第i对样板轮对的左侧车轮直径和右侧车轮直径分别记录为DZXi和DYXi、左侧车轮轮缘高度和右侧车轮轮缘高度分别记录为HZXi和HYXi、左侧车轮低点弦长和右侧车轮低点弦长分别记录为L1Zi和L1Yi、左侧车轮高点弦长和右侧车轮高点弦长分别记录为L2Zi和L2Yi、左侧车轮钢轨动态沉降和右侧车轮钢轨动态沉降分别记录为FZi和FYi；用列车轮对在线监测系统在列车反向运行时测量N个样板轮对得到的参数记录如下：第i对样板轮对的左侧车轮直径和右侧车轮直径分别记录为DZX′i和DYX′i、左侧车轮轮缘高度和右侧车轮轮缘高度分别记录为HZX′i和HYX′i、左侧车轮低点弦长和右侧车轮低点弦长分别记录为L1Z′i、和L1Y′i、左侧车轮高点弦长和右侧车轮高点弦长分别记录为L2Z′i和L2Y′i、左侧车轮钢轨动态沉降和右侧车轮钢轨动态沉降分别记录为FZ′i和FY′i；步骤三、计算误差σ1=Σi=1N(DZXi-DZQi)2+Σi=1N(DYXi-DYQi)22N]]>和σ2=Σi=1N(DZX,i-DZQi)2+Σi=1N(DYX,i-DYQi)22N,]]>如果σ1和σ2中至少有一个的计算结果在0.2mm以上，则判断列车轮对在线监测系统需要进行校正，进入步骤四；如果σ1和σ2均小于0.2mm，则判断列车轮对在线监测系统的误差满足应用要求，无需进行校正，间隔15天再次进入步骤二；步骤四、按照以下公式五至公式十二分别计算：在列车正向运行时和列车反向运行时，每一对样板轮对的左侧车轮低点弦高、左侧车轮高点弦高、右侧车轮低点弦高和右侧车轮高点弦高，并在计算完成后进入步骤五；式中，H1Zi和H1Yi分别为在列车正向运行时第i对样板轮对的左侧车轮低点弦高和右侧车轮低点弦高，H1Z′i和H1Y′i分别为在列车反向运行时第i对样板轮对的左侧车轮低点弦高和右侧车轮低点弦高；步骤五、按照以下公式十三至公式十八分别计算左侧低点弦高校正值左侧高点弦高校正值左侧弦距校正值右侧低点弦高校正值右侧高点弦高校正值和右侧弦距校正值并将列车轮对在线监测系统预设的左侧低点弦高预设值H1Z、左侧高点弦高预设值H2Z、左侧弦距预设hZ＝H2Z-H1Z、右侧低点弦高预设值H1Y、右侧高点弦高预设值H2Y和右侧弦距预设值hY的取值分别修改为对应的校正值，完成对列车轮对在线监测系统的误差溯源校正，并再次进入步骤一；H1Z‾=Σi=1NH1Zi+Σi=1NH1Y′i2N]]>[公式十三]H2Z‾=Σi=1NH2Zi+Σi=1NH2Y′i2N]]>[公式十四]hZ‾=H2Z‾-H1Z‾]]>[公式十五]H1Y‾=Σi=1NH1Yi+Σi=1NH1Z′i2N]]>[公式十六]H2Y‾=Σi=1NH2Yi+Σi=1NH2Z′i2N]]>[公式十七]hY‾=H2Y‾-H1Y‾]]>[公式十八]。步骤六、建立镟修及参数数据档案，将每一次启动步骤一时，步骤一至五获得的数据均保存在该镟修及参数数据档案中。本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。